DE1237827C2

DE1237827C2 - Schrittregler mit Rueckfuehrung

Info

Publication number: DE1237827C2
Application number: DE1964S0092101
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl Schlick
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-07-17
Filing date: 1964-07-17
Publication date: 1973-10-04
Also published as: NL6508621A; CH440422A; DE1237827B; FR1440469A

Description

2. Schrittregler nach Anspruch 1, dadurch ge- 20 Tritt eine Regelabweichung X_w auf, so arbeitet das kennzeichnet, daß die Verschiebung mit einer Schaltglied 1, und der Einfluß der Rückführung, die Zeitkonstanten derart erfolgt, daß bei an der An- an den Eingang des Reglers beispielsweise im Fall sprechgrenze des Reglers liegenden Regelabwei- einer durch eine Spannung dargestellten Regelabweichungen der Regler definierte kurze Impulse an chung X_w eine dieser entgegengerichtete Spannung das Stellglied abgibt. 25 abgibt, nimmt mit der Zeitkonstanten T_r zu. Ist um-

3'. Schrittregler nach Anspruch 1 oder 2, da- gekehrt infolge des Regelvorganges und der Rück-

durch gekennzeichnet, daß die Verschiebung nach führung die Regelabweichung X_w am Eingang des

Abschalten des Schaltgliedes mit einer Zeitkon- Reglers so weit kompensiert, daß der Wert X_ab er-

stanten verschwindet. reicht ist, so schaltet das Schaltglied 1 ab, und der

4. Schrittregler nach einem der Ansprüche 1 30 Rückführeinfluß vermindert sich mit der Zeitkonbis 3, mit zwei zur Impulserzeugung dienenden stante T_r. Sobald die Regelabweichung, vermindert Kippstufen, von denen über eine Vorstufe der um den noch verbliebenen Rückführeinfluß, den Aneinen die positiven und der anderen die negativen sprechwert X_0n wiederum erreicht hat, beginnt der Regelabweichungen zugeführt werden, dadurch Vorgang von neuem, so daß eine schrittweise Regegekennzeichnet, daß den Kippstufen ein Vorzugs- 35 lung durch impulsweises Ein- und Ausschalten des weise durch einen Schalttransistor gebildeter ge- Stellgliedes 2 erzielt wird. Dabei ist der Regler im meinsamer Schalter zugeordnet ist, der beim Ein- allgemeinen so aufgebaut, daß zwischen positiven schalten einer der beiden Kippstufen von dieser und negativen Regelabweichungen insofern unterbetätigt wird und ihrem Eingang über ein Zeit- schieden wird, als bei Anwendung eines Stellmotors konstantenglied vorübergehend einem der Regel- 40 dieser je nach dem Vorzeichen der auftretenden abweichung entgegengesetzten Vorstrom zuführt Regelabweichung in verschiedenen Drehrichtungen und gleichzeitig dem Eingang der jeweils anderen erregt wird.

Kippstufe einen deren Ansprechgrenze erhöhen- Der kürzeste Impuls für die Betätigung des Stell-

den Vorstrom zuführt. gliedes 2 tritt dann auf, wenn die Regelabweichung

5. Schrittregler nach Anspruch 4, dadurch 45 x_w gerade den Ansprechwert X_an des Schaltgliedes 1 gekennzeichnet, daß das Zeitkonstantenglied einen erreicht. Der Rückführeinfluß muß dann mit der sich bei Betätigung des Schalters über einen Wi- Zeitkonstante T₁. bis zum Betrag X_a — X_ab ansteigen, derstand aufladenden Kondensator (C) enthält um das Schaltglied 1 wieder abzuschalten. Daher ist und die Kondensatorspannung zur Erzeugungides der kürzeste Impuls von den kennzeichnenden Grö-Vorstromes dient. n 50 ßen T₁. und V₁. der Rückführung sowie der Schalthysterese abhängig; gegebenenfalls gehen noch zu-

sätzliche Verzögerungen des Schaltgliedes verlängernd ein.

Die Rückführung ist im Hinblick auf die günstigste

Die Erfindung betrifft einen Schrittregler mit 55 Anpassung ihrer Eigenschaften an diejenigen der einem beim Auftreten einer Regelabweichung von Regelstrecke ausgelegt, und zwar abhängig von dem dieser abhängige Impulse an ein nachgeschaltetes Zeitverhalten und der Verstärkung der Strecke. Da-Stellglied, beispielsweise einen Stellmotor, abgeben- durch ist auch der kürzestmögliche Impuls, und daden Schaltglied sowie einer Rückführung, deren Ein- mit über das Stellglied der kürzeste Stellschritt, festgang mit dem Ausgang des Stellgliedes oder des Schalt- 60 gelegt. Über die Streckenverstärkung ergibt sich dargliedes verbunden und deren Ausgangsgröße der Re- aus die kleinstmögliche Veränderung der Regelgröße, gelabweichung am Reglereingang entgegengeschaltet Dies bedeutet aber, daß bei einer bestimmten optiist. Die Ausgangsgröße der Rückführung ist der Re- malen Auslegung der Rückführung der Regler zwar gelabweichung am Reglereingang entgegengeschaltet. Störungen ausregeln kann, aber in dem Fall, in dem Ein derartiger Regler besitzt also das in F i g. 1 wie- 65 die Beeinflussung der Eingangsgröße des Schaltgliedergegebene Prinzip. Die Regelabweichung X_w wird des 1 bei dem kürzesten Stellimpuls Y_min gerade so dem in der Regel als Verstärker ausgebildeten Schalt- groß wie die tote Zone 2 ■ X_m des Reglers ist, die Geglied 1 zugeführt, das bei einem bestimmten Ansprech- fahr des Schwingens des Reglers auftritt.

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Um diesem Schwingen zu begegnen ist es bekannt, von etwaigen Verzögerungen in den Schaltgliedern in die übliche Rückführung bei Dreipunktreglern ein oder Verstärkern unabhängige zusätzliche Rückfüh-.. zusätzliches Glied einzuschalten, das die Wirkung der rung vorgesehen, die bewirkt, daß beim Schalten des Rückführung vorübergehend so erhöht, daß eine Schaltgliedes die Ansprechgrenze des Reglers vorKompensation der Regelabweichung zum Abschalten 5 übergehend auf einen höheren Wert X_{an 1} verschoben des Stellgliedes bzw. zur Beendigung des Stellschrit- wird. Demgemäß ändert sich auch die Lage des Wertes führt, was eine Verschiebung der Ansprechgren- tes, bei dem das Schaltglied 1 aberregt wird, von dem zen bedeutet. Diese zusätzliche Rückführung wirkt Wert X_ab auf einen höheren Wert X_abl. Diese mit jeweils auf den Zweig des Reglers ein, dessen Schalt- einer bestimmten Zeitkönstanten erfolgende Verschieglied auf Grund der Regelabweichung betätigt wird. io bung des Abfallwertes hat die Abgabe eines Impulses Treten jedoch Verzögerungen im Rückführkreis auf, definierter Dauer zur Folge. Ferner bewirkt die erfindie beispielsweise auf nicht optimale Dimensionierung dungsgemäß vorgesehene zusätzliche Rückführung oder Anpassung an die Regelstrecke zurückzuführen eine Spreizung der Kennlinie des Reglers (dicke Kursind, so kann bei den Dreipunktreglern mit der be- ven) in dem Sinne, daß die zusätzliche Rückführung kannten zusätzlichen Rückführung eine Überkompen- 15 beide Ansprechgrenzen vorübergehend nach höheren sation der Regelabweichung auftreten, dergestalt, daß Werten für die Regelabweichung verschiebt,
ein Überschwingen auftritt und das Schaltglied des ■ Die bevorzugte Ausführungsform der mit zwei zur anderen Zweiges zum Ansprechen gebracht wird. Impulserzeugung dienenden Kippstufen, von denen

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zu- über eine Vorstufe der einen die positiven und der gründe, einen Schrittregler der eingangs beschriebenen 20 anderen die negativen Regelabweichungen zugeführt Art anzugeben, bei dem die Schwingungsneigung werden, arbeitenden Anordnung sieht vor, daß den beim Auftreten von gerade den Ansprechwert des Kippstufen ein vorzugsweise durch einen Schalttran-Reglers erreichenden Regelabweichungen unterbun- sistor gebildeter Schalter zugeordnet ist, der beim den ist und der ganz allgemein den Vorteil einer Einschalten einer der beiden Kippstufen von dieser guten Stabilität besitzt. 25 betätigt ^!wird und ihrem Eingang über ein Zeitkon-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- stantenglied vorübergehend einen der Regelabwei-

löst, daß die zusätzliche Rückführung beim Schalten chung entgegengesetzten Vorstrom zuführt. Verständ-

des Schaltgliedes die Ansprechgrenzen des Reglers licherweise kann statt eines Vorstromes, falls erfor-

sowohl für positive als auch für negative Regelabwei- derlich, auch eine entsprechende Vorspannung zu-

chungen gleichzeitig nach höheren Werten für den 30 geführt werden. Im Sinne der in F i g. 2 dargestellten

Betrag der Regelabweichung verschiebt. Kennlinien führt der Schalter gleichzeitig auch dem

Ein mit einer derartigen zusätzlichen Rückführung Eingang der jeweils anderen Kippstufe einen deren

versehener Dreipunktregler wird somit vorübergehend Ansprechwert vergrößernden Vorstrom bzw. eine

für beide Schaltrichtungen unempfindlicher. Vorspannung zu.

Die Verschiebung erfolgt zweckmäßigerweise mit 35 Man wird das Zeitkonstantenglied als RC-Glied einer derart gewählten Zeitkonstanten, daß bei an mit einem Kondensator ausführen, der sich bei Beder Ansprechgrenze des Reglers liegenden Regel- tätigung des Schalters auflädt und dessen Ladestrom abweichungen der Regler definierte kurze Impulse an zur Erzeugung des Vorstromes bzw. der Vorspannung das Stellglied abgibt. Diese Impulse können so kurz dient. Für die Entladung werden zweckmäßigerweise sein, daß sie von dem vorzugsweise als Stellmotor 40 zusätzliche Entladewiderstände vorgesehen, und die ausgebildeten Stellglied gerade noch verarbeitet wer- Entladezeitkonstante des Kondensators dient zur Beden können. Stimmung der Impulsfrequenz des Reglers.

Bei unruhigen Meßgrößen wird man die Ver- In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel des erfin-

schiebung der Ansprechgrenze des Reglers und die dungsgemäßen Schrittreglers dargestellt. Die jeweilige

Zeitkonstanten so groß wählen, daß unerwünschtes 45 Regelabweichung X_w wird über die Vorstufe 10 den

häufiges Schalten des Reglers infolge der Unruhe der beiden Kippstufen 11 und 12 zugeführt, von denen

Meßgröße vermieden ist. Zweckmäßigerweise läßt die erste beispielsweise positiven Regelabweichungen

man die Verschiebung nach Abschalten des Schalt- zugeordnet ist und bei deren Auftreten das Relais H

gliedes mit einer Zeitkonstanten verschwinden. betä igt, während die Kippstufe 12 beispielsweise

An Hand der in Fig. 2 wiedergegebenen Kenn- 50 negadven Regelabweichungen zugeordnet ist und linie des erfindungsgemäßen Schrittreglers soll dessen dann das Relais T betätigt. Die Kontakte für den Anprinzipielle Wirkungsweise kurz erläutert werden. Auf trieb des Stellgliedes und die Rückführung sind mit der Abszisse des dort dargestellten Diagramms ist die 13 und 14 bezeichnet; die sie enthaltende Schaltung Regelgröße X aufgetragen, während sich der positive ist hinsichtlich der Erfindung von untergeordneter Ordinatehbereich auf das eine, mit ff bezeichnete Re- ss Bedeutung, so daß sie aus Gründen der Übersichtlais, der negative Ordinatenbereich auf das andere, lichkeit nicht im einzelnen angegeben ist.
mit T bezeichnete Relais des in diesem Ausführungs- Die Kippstufen 11 und 12 sind in· an sich bekannbeispiel mit zwei Relais ausgerüsteten Reglers bezieht. ter Weise unter Verwendung von Schalttransistoren Dabei werden also dem Relais H die negativen Re- 15, 16 bzw. 17, 18 in Verbindung mit zur Einstellung gelabweichungen zugeführt, und diese Relais betäti- 60 des Arbeitspunktes und zur Erzielung der erfordergen beispielsweise einen Stellmotor in der zum Aus- liehen Rückkopplung dienenden, in der Figur nicht regeln der jeweils vorliegenden Regelabweichung ge- näher bezeichneten Widerständen aufgebaut,
eigneten Drehrichtung. Erfindungsgemäß ist die zusätzliche Rückführung

Die relativ dünn gezeichneten Kurven beziehen sich 19 vorgesehen, die in diesem Ausführungsbeispiel im

auf einen bekannten Regler mit einer einzigen Rück- 65 wesentlichen durch den Schalttransistor 20 mit dem

führung; sie wurden schon im Zusammenhang mit der Zeitkonstantenglied C, Rl, R 2 gebildet ist. Sobald

Rückführung 3 in F i g. 1 erläutert. Erfindungsgemäß beispielsweise eine den Ansprechwert des Reglers

ist nun eine zweite, von der ersten Rückführung und übersteigende positive Regelabweichung an die Basis

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des Vortransistors 15 der Kippstufe gelangt, wird die- größte Impulsfrequenz des Reglers bestimmt, um ser Transistor gesperrt und dafür der Transistor 16 Schaltglieder und Antriebe zu schonen,
durchlässig, der das Relais H einschaltet. Es wird Mit der Erfindung ist ein Schrittregler mit Rückdann das Basispotential des Schalttransistors 20 so führung geschaffen, der keine Schwingungsneigungen beeinflußt, daß dieser Transistor gesperrt wird. Dann 5 besitzt, eine stabilisierte Regelung durchführt und, lädt sich der Kondensator C über den Ladewider- sofern die zusätzliche Rückführung gleichzeitig auf standRl auf; seine Spannung dient dazu, über den beide Kippstufen wirkt, nicht sofort hintereinander Widerstand R 2 das Basispotential des Vortransistors Regelimpulse unterschiedlichen Vorzeichens abgibt. 15 im die Ansprechgrenze des Reglers erhöhenden Der erfindungsgemäße Regler verhält sich vorüber-Sinne zeitweilig zu verschieben. Gleichzeitig wird io gehend wie ein Regler mit einer größeren Unempüber den anderen Widerstand R 2 das Basispotential findlichkeitszone; entsprechend der Zeitkonstante der auch der Kippstufe 12 in demselben Sinne ver- zusätzlichen Rückführung wird er mit der Zeit wieändert, der empfindlicher.

Für die Länge der Impulse ist, sofern R 2 sehr groß Verständlicherweise ist die Erfindung nicht auf das

gegen R1 ist, die Zeitkonstante Rl- C maßgebend. 15 figürlich dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.

Diese Zeitkonstante wird.man so wählen, daß die So ist es auch möglich, zusätzliche gleichrichtende

kürzeste Impulslänge den Eigenschaften des Stellglie- Elemente, wie Dioden, einzuschalten, die eine saubere

des angepaßt ist. Trennung zwischen Lade- und Entladewiderständen

Die Entladezeit des Kondensators C ist proportio- durchführen. Ferner ist die Erfindung nicht an die

ij T.JW-R2--, j ojo· j· 20 Verwendung von mit Transistoren bestückten Kipp-

nal dem Produkt -yCund so groß, daß sie die _{gtufen gebu}*_den ^vv

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 wert Xan der Regelabweichung anspricht und dann Patentansprüche: Impulse an das nachgeschaltete Stellglied 2, das einen Integrator darstellt und in der Regel als Stellmotor

1. Schrittregler mit einem beim Auftreten einer ausgeführt ist, abgibt. Dieses Stellglied erzeugt seiner-Regelabweichung von dieser abhängige Impulse 5 seits die Stellgröße Y, beispielsweise eine bestimmte an ein nachgeschaltetes Stellglied abgebenden Ventilstellung.

Schaltglied sowie einer Rückführung, deren Ein- Das Schaltglied 1 des Reglers wird außer Betrieb

gang mit dem Ausgang des Stellgliedes oder des gesetzt, sobald die Regelabweichungen den Wert X_ab Schaltgliedes verbunden und deren Ausgangs- erreicht. Der Regler besitzt also eine Schalthysterese größe der Regelabweichung am Reglereingang io X_an — X_ab.

entgegengeschaltet ist, mit einer von der erst- Zur guten Anpassung des Reglerverhaltens an die

genannten Rückführung unabhängigen zusatz- jeweils vorliegende Regelstrecke ist die Rückfühlichen Rückführung, dadurch gekennzeich- rung 3 vorgesehen, deren Eingang die Stellgröße Y net, daß die zusätzliche Rückführung (19) beim zugeführt werden kann, die aber in Fig. 1 aus Grün-Schalten des Schaltgliedes (1) die Ansprechgren- 15 den der einfachen Schaltung mit dem Ausgang des zen des Reglers sowohl für positive als auch für Schaltgliedes 1 in Verbindung steht,
negative Regelabweichungen gleichzeitig nach Die kennzeichnenden Größen der Rückführung

höheren Werten für den Betrag der Regelabwei- sind die Rückführamplitude V₁. und die Zeitkonchung verschiebt. stante T₁..